我国作物转基因方法研究进展

肖建红　任志强　杨慧珍　卜华虎

摘要综述了我国具有自主知识产权的转基因技术的现状，总结了我国转基因技术研究和推广过程中所存在的问题，提出了解决问题的对策，并展望了我国转基因技术今后的研究方向。

关键词植物；转化方法；进展；知识产权；问题；对策

中图分类号S-3文献标识码A文章编号0517-6611（2017）33-0008-04

Research Progress of Transgenic Crops in China

XIAO Jianhong1，REN Zhiqiang1，2*，YANG Huizhen3 et al

（1.Research Center of Modern Agriculture， Shanxi Academy of Agricultural Sciences， Taiyuan，Shanxi 030031； 2.Key Laboratory of Crop Gene Resources and Germplasm Enhancement on Loess Plateau， Ministry of Agriculture， Taiyuan，Shanxi 030031； 3.Institute of Crop Sciences， Shanxi Academy of Agricultural Sciences， Taiyuan，Shanxi 030031）

AbstractThis article reviewed the status of transgenic technology with our own intellectual property rights， summarized the problems exiting in transgenic technological research and promotion， put forward some countermeasures and prospected the research direction in the transgenic technology in China.

Key wordsPlant；Transformation method；Progress；Intellectual property rights；Problem；Counterplan

植物基因工程是指通过不同的方法将外源基因导入受体植株中，使其产生某些特定的表型，目前世界上利用转基因技术选育出抗除草剂、抗病虫害以及抗非生物逆境等作物品种，并在多个国家进行推广和种植。自20世纪80年代植物基因工程诞生以来，基因转化方法的研究进展、新的功能基因挖掘技术以及诸如PCR仪、基因测序分析仪、分子杂交箱、凝胶成像系统等检测设备的出现和不断更新，为人们进行植物基因工程研究提供了诸多便利条件，并因此取得了巨大成功和多重效益。植物基因工程的诞生，得益于各学科理论知识和实验操作技能的飞速发展，遗传学的进展展示了基因和环境是决定表型性状的主要因素，基因是第一位的；物理学的发展，尤其是制造业技术的发展，为人们进行基因操作和研究提供了先进的高精密的仪器设备；分子生物学的诞生为人们整合诸学科知识和技术来为生物技术研究提供了理论保障。

目前，我国转基因技术和转基因作物种植等方面相对落后，自主产权的转基因技术、基因等相对较少，国家也仅开放转基因棉花和番木瓜等作物种植，三大农作物玉米、水稻、小麦以及主要油料作物大豆、油菜等都没有开放种植。随着转基因技术的不断发展、国际转基因作物种植面积不断扩大，以及人口、资源和环境之间的矛盾不断深化，发展转基因技术和推广转基因作物有利于提高我国农作物的产量、降低农药的使用量、降低成本，促进我国粮食安全。笔者综述了具有我国自主知识产权的转基因技术的现状，指出了我国转基因技术研究和推广过程中所存在的问题，并提出了对策，旨在为发展我国转基因作物提供技术支持。

1国内拥有自主知识产权的植物转化技术

为了了解我国拥有自主知识产权的植物转化方法，在中国专利库查询到182件与“转化植物”有关的专利，输入“基因转化方法”，得到99件与“植物基因”有关的专利，输入“基因转移方法”，查到5件与“植物转化”有关，共计288件[1]。目前也有多个转化方法未申请专利，如20世纪70年代末，我国科学家Zhou等[2]首次提出的花粉管通道法、杨剑波等[3]提出的低能离子束介导法等。还有与基因枪法、农杆菌介导、PEP介导等有关的词条没有查找到。该研究仅对上述申请专利的288件专利和未申请专利的2件专利作为研究对象，特别是对花粉管通道法等转化技术的研究进展予以叙述和分析，寻找缺陷和不足，并提出一些对策。

290件专利技术的分布年限为1978—2015年，包括目前仍然有效的专利77件（包括花粉管通道法和低能离子束介导法），授權后失效的专利49件，未授权失效专利89件，公开的5件，正在实质审查的66件（表1）。

表1所列举转化方法涉及到的植物有大豆、玉米、水稻、棉花、花生、花卉、木本植物等，申请人涉及科研单位、大专院校和个人等，尤以各个大学和北京的专利件数较多，个人申请专利的仅有2例。发明人多为老师、科研人员和个人。按转化对象划分这些专利：植物50余件，大豆30件，水稻19件，等等。后文中提到的各个作物的转化方法件数不包括上述的针对植物为转化对象的绝大多数专利，只涉及到以该作物作为转化对象的转化方法，包括花粉管通道法在内。

从受理专利件数上分析，1979—2002年每年仅受理1～4件，多数年份为0件，即便是有专利受理的年份中，多数只发生1件受理事件。2003—2010年呈不间歇上升趋势，最多2010年达到46件，随后至2015年，又呈现下降趋势，2015年仅有30件。

从专利内容上看，绝大多数专利基本上是对现有植物转化技术的改良，申请者的目的在于保护转化的材料而不是方法本身，所以在转化研究方面被应用的并不是很多。故该研究多以花粉管通道法等几个重点转化方法予以讨论。

2与专利有关的一些重大科研进展和取得的成就

评价一个品种品质的好坏、产量的高低以及所取得的经济效益，主要取决于该作物在新品种培育方面新思路、新技术的开发。新品种的贡献率可作为一个国家农业生产的整体发展水平的判断指标之一。

常规育种技术虽然对农业生产做出了巨大贡献，但由于其受到育种资源匮乏等影响，发展潜力受限。应用植物转基因技术，可以解决这个难题，尤其是常规育种技术与生物技术的有机结合，使得育种技术和效率达到了事半功倍的效果。

1994年我国转基因抗虫棉花研发取得突破性进展，1996年进入产业化，年种植面积在300万hm2以上，2013年最多达到420万hm2，占全国种植面积的90%；转基因抗病毒番木瓜于2006年获得安全证书并进入产业化，可以说是拯救了我国的木瓜产业；转基因抗虫、抗除草剂水稻也于2009和2015年先后2次获得安全证书；转植酸酶基因玉米同样也于2009和2015年2次获安全证书。此外，转基因抗虫烟草、转基因矮牵牛花、转基因抗病毒番茄、甜椒等的研发也有很大进展。

至今，我国转基因植物新品种的研发和产业化取得了巨大成就，特别是在转基因棉花、转基因水稻、转基因玉米等的新品种研发方面具有世界领先水平，据中国科学院遗传与发育生物学研究所朱桢研究员介绍，我国已具备产业化的转基因作物新品种约有20个，但与研发突飞猛进的势头相反，我国转基因作物产业化步伐相对较慢，目前只有转基因抗虫棉花、抗病毒番木瓜、抗病毒番茄等进入产业化阶段，而且只有转基因棉花和番木瓜种植面积和区域相对较大，合计年播种面积也仅有三四百万公顷。其他转基因作物的种植力度还太小。下面介绍几种常用的植物转化方法。

安徽农业科学2017年

2.1花粉管通道法

是由我国科学家Zhou等[2]于20世纪70年代末提出的一种思路，她提出在常规远缘杂交中存在着DNA片段杂交的假设，认为在分子水平上，远缘杂交能够取得成功大多是由于这种DNA片段杂交的结果，并明确这是染色体水平以下的遗传分子的杂交。根据这一论述，就为花粉管通道法的诞生创造了理论条件。随后国内外多人采用花粉管通道法转化植物，我国最早在棉花上，随后在水稻、小麦、大豆上用该转化方法得到了转化后代[4-6]。特别是目前在我国推广应用最广的转基因抗虫棉花就是应用该转化技术得到的。

目前，人们已经利用花粉管道法培育出多个作物品种：导入长穗冰草DNA培育出抗旱耐盐小麦新品系济南18[7]，导入高粱DNA选育出抗条锈白粒小麦新品系[8]，导入海藻糖合酶基因玉米自交系中，筛选抗旱种质资源[9]；1995年，雷勃钧等[10]用花粉管通道法将野生大豆总DNA导入栽培大豆品种，获得优质高蛋白和双高大豆新品系，并用该技术将野生大豆DNA直接导入受体栽培“大豆6296-3”，育成我国第一个利用花粉管通道法获得的大豆品种“黑生101”，其蛋白质含量超过45%，产量比标准品种提高9.8%；刘昭军等[11]采用花粉管通道介导法将含有bar基因的pPTN140质粒DNA导入8个黑龙江省大豆主栽品种（系），经2次Basta除草剂筛选后，共获得3个品种的除草剂抗性植株8株。马盾等[12-13]利用花粉管通道法将Bt等基因分别导入新疆推广棉花品种，获得了抗虫等的转基因植株，目的基因能够稳定遗传和表达；刘方等[14]将Bt基因采用花粉管通道法导入“泗棉3号”“辽棉15”等，获得了抗虫转基因植株及其后代株系。

2.2低能离子束介导法

该法是由杨剑波等[3]于1994年首次提出的植物转基因方法，他们根据荷能离子流具有射程的可控性和集束性的特点以及低能离子束的溅射可能使植物细胞壁刻蚀变薄并产生局部穿孔的理论发展了这种新的植物转基因方法，并首次应用该法转化水稻，获得了转基因植株及后代株系，证明目的基因可以稳定遗传。

李莉[15]于2003年利用低能离子束介导海藻糖-6-磷酸合成酶转入“豫麦52号”，成功获得转基因植株，植株在受干旱胁迫时明显优于对照植株，为培育抗旱耐盐小麦新品种提高亲本材料。苌收伟等[16]利用离子束介导法将“豫豆23号”基因组DNA导入小麦品种“中育5号”和“淮阴9628”，获得114株高蛋白含量植株以及16个稳定遗传的T3代株系，改良小麦品质。

杨剑波等[3]利用离子束介导法将hPh基因成功导入水稻悬浮细胞，获得能够稳定遗传的水稻植株；李红[17]利用离子束介导法将荧光蛋白GFP导入水稻成熟胚，获得转化成功的水稻植株；程备久等[18]、郑卫红等[19]、宋道军等[20]又将离子束介导法成功应用于棉花、烟草、西瓜等植物转基因，并获得转基因植株。

2.3超声波誘导植物组织基因转移方法

许宁等[21]根据超声波的空化作用理论于1990年首次提出该法，并采用该法将CaMV35S-GUS基因和Pnos-NPTII基因导入小麦幼胚形成的愈伤组织中，获得了转化植株。该法于1997年被申请国家发明专利[22]（专利号：97111924）。

超声波辅助花粉介导植物转基因方法[23]（ZL201110041484.0）系由山西省农业科学院生物技术研究中心于21世纪初发明的一种植物基因转化方法，简称花粉介导法，他们应用该法在玉米、花生、油菜、大豆等作物遗传转化上均获得成功。花粉介导法是以从质粒中提取的含目的基因的DNA片段为基因供体，以植物的花粉作为受体，在通气和低温状态下，于保证花粉活力为主要目的的等渗溶液（5%～50%蔗糖溶液）中使花粉与外源DNA混合，辅助于超声波处理，然后将处理花粉授到待转化植株的柱头上，并在籽粒成熟时予以收获。

近年来经不断探索，超声波介导花粉转化法[24]逐步发展成为新的实用性强的玉米转基因技术。该法已在谷子[25]、花生[26]、油菜[27]、苹果[28]等作物上成功获得转基因植株。

南芝润等[29]采用超声波介导花粉转化方法将Cry1Ac基因导入玉米自交系材料昌7-2，对获得的转化后代进行草铵膦抗性筛选、PCR鉴定和抗虫分析，筛选出9个高抗玉米螟的转基因株系，为玉米抗虫育种提供种质资源。郭天璐等[30]也利用超声波辅助花粉介导法将花青素基因NtAn2导入玉米自交系郑58中，为非抗性筛选标记转基因提供新的思路。

3我国转基因技术研究和推广过程中存在的问题

我国的植物转基因研究虽然取得了很大进展，而且一些转基因作物的产业化也赢得了可观的经济效益、社会效益和环境效益，但与发达国家比较仍有很大差距，存在不少问题。从研发方面看，主要问题有：目标性不强，研发单位各自为政，没有一个统一的大方向，导致研发内容多，研发领域广，但真正出来具有使用价值的东西少；我国存在的研产配合乏力问题引发真正有价值的东西无法及时实行产业化，或研发的东西不符合生产需求，导致国外相关技术和产品入侵国内。此外，政策不到位、社会舆论不向好、研发与管理部门的相互缺少配合和应付也使得我国转基因农产品产业化举步维艰。下面就植物转化技术方面存在的问题予以叙述。

3.1拥有自主知识产权的专利数目不多，差距明显

单美玉等[31]曾以转基因玉米所涉专利为例，全球专利件数3 503件，按各国拥有的专利件数排队，前4位依次为美国、中国、德国和瑞士，但从各国专利数目绝对值来看，美国2 388件，中国460件，德国170件，瑞士70件。排在第二位的中国专利数只占美国专利数的19.3%。涉及苏云金杀虫晶体蛋白的专利，全球共有6 274件，国外5家公司就占其70%以上，涉及EPSPS基因的专利有1 327项，这5家公司约占其634%。就转基因品种专利而言，仅美国孟山都公司就控制全球50%以上的转基因抗虫品种和约70%的抗草甘膦品种[32]。虽然上述事例没有涉及到植物转基因方法的研究，但就整体形势而言，我国拥有的转基因方法的专利的绝对数目和其在全球相应专利数目中所占比例基本一致。上述数据足已显现我国在转基因研究方面与世界发达国家间的差距。

3.2专利内涵不多，质量不高

纵观我国涉植物转基因方法的专利内容，以植物为转化对象的有50件，以大豆为转化对象的有30件，以水稻为转化对象的有19件。有些专利看上去并无什么具体内涵，只是对已有转化方法进行些微改动，但申请了专利保护，结果只能是无效专利；有些专利可以用在大豆上，也可以用在小麦甚至其他作物上，但以各种作物为转化对象分别申请专利，虽然研究团队可能不同，但重复劳动甚至抄袭的现象也的确存在。整体上看，大部分申请专利的转化方法技术含量不高、重复性太大，基本上是对现有转化方法的改良，没有突破农杆菌介导法、基因枪法、花粉管通道法等转化方法的技术壁垒。

造成上述局面的原因很多，可归纳为：①研发团队众多、配合不力。承担各级科研任务的单位主要是科研单位和高等学校，单位大小不一、数目众多，由于缺少统一的管理措施和监督体系，研发团队之间缺乏自发的相互协调和配合。②企业单位缺少科研力量，或者企业单位的科研力量重点不是科研，而是对产业化过程的研发，造成科研与生产脱钩，新技术无法快速变成生产力，科研人员又无法及时准确得到生产需求信息，导致研非所用，用非所研，企业因看不到科学技术变成生产力的效益而不愿投资科研，科研因经费紧张无法维持，结果便是无法调动各自的积极性和主动性，更无法相互合作，相互扶持，协力创新，共同进步。这便是我国科研-开发-产销-研发不能紧密衔接的原因之一，即研发进展较快，而开发进度则相对缓慢，直接影响着我国农业生产的快速、稳步发展。③经费来源少、数量有限。科研经费主要来源于国家的资助，虽然国家每年拨付的科研经费数目不小，2005年120多亿，2010年约260亿，但分散到众多的研发单位也是很少，各个单位科研经费仍是处于能够维持状态。④政策保护和鼓励不力。缺少对科研成果有效保护的政策，或者是政策不完善，一些鼓励科研人员与企业联合的政策不夠规范和具体。⑤专利权审请门槛较低，审核也不够严谨，结果只看数量，不求质量。

4建议及对策

4.1健全和完善国家相关政策及制度的制定

国家应该完善与科研管理和监督有关的政策制度，制度不仅应符合国情，还应具有可操作性。例如，应要求各行业的科研项目指南具有一定的阶段性重点，对于这些重点项目重点扶持、重点资助，政策还应鼓励科研人员积极向上、奋力拼搏、科技创新等，对于有重大贡献者应有重大奖励，同时鼓励科研人员合理流动，充分发挥自己的才能和主动性。政策还应要求科研与成果转化工作的对接，建立市场管理体制。

4.2提高科研人员福利待遇，创造良好的科研氛围

国家要在考虑提高科研人员福利待遇的同时，以政策方式减轻这些人员的思想压力和社会压力，从而更有利于科研人员充分发挥其主观能动性，更好地开展科研工作。另外，对于科研经费，国家应有合理合法的审核制度和使用监督制度。建议国家在制定相应财务管理制度时，应该规定对从事科研的单位财务管理能力进行调查，以信用等级来划分，按信用等级拨付项目经费。

4.3构建攻关团队，集中精力和财力攻关创新

目前我国的转基因重大专项等项目的实施方案很好，指定或选拔学科带头人主持项目，主持人自己组建科研团队，从中央级科研机构到省市级科研单位，符合条件就可以开展，而且这个团队内人人能够通力合作、互通信息、相互帮助、相互促进、相互监督，团队人员既明确了自己的责任又避免了重复劳动带来的人力、物力和财力浪费。各个团队之间由于所负责的重点不同，在合理竞争、互相促进、力求出新的前提下，也避免了项目重复所带来的各种浪费。构建攻关团队，一是可以集中有限的人力、物力和财力，对一些重大科研难题进行科研攻关；二是大家相互监督，杜绝一些科研单位和科研人员的懒、散、慢现象；三是强大团结的科研团队具有一定的竞争实力，可以使我国科研团队通过各种组合或结合参与国际竞争，确保国内科学研究水平立足于世界先进国家前列。

4.4科企联合，协力创新

科企联合，即科研单位与种业企业的联合。在国内，科研单位主要负责对新品种、新技术的研发，种业企业主要负责新品种推广应用等，同屬产业链中的重要组成部分。科企联合的形式有：①可以互派科研人员，针对要解决的问题进行切实的合作研发，经费各自负责；②企业间通过合作或兼并，强大自己的经济实力，向自己的科研团队或现有科研团队提出自己的研发要求，支付相关研发费用；③科研人员（包括企业和事业单位）可以合理流动，选择自己认为可以发挥特长的单位开展工作；④科研单位与企业直接合作，从科研到开发，人人有责、人人负责。科企联合的优势：一是可以缓解科研经费紧张的局面，用更多的经费进行科技研发和创新；二是借鉴相互的优势和相互监督，加速科研和开发进程，使科研成果能够及时转化成生产力，种业企业从中取得更多实惠，而科研单位的经费也因此能得到保证；三是研发和开发的目标明确，符合生产需求，避免了研非所用、用非所研现象的出现；四是增强各自实力，有利于在国际竞争中立于不败之地甚至是优势地位；五是科企联合可使产业链更加合理、快速运转，提升我国产业持续发展的能力和潜力。

4.5建立科研成果共享平台

重复劳动的重要原因之一是信息互通不够。为解决这个问题，建议政府建立成果共享平台，当然，这也需要人们树立科技成果共享和国内保密的意识。申请项目名称和申报书需要保密的可以只写明进展顺利或无进展等字样。对于可以共享的专利技术，建议根据专利申请者的意愿和专利内容的实质，将发明专利等分成几个等级，如1级为可能具有国际影响的专利，2级为可能具有国内影响的专利，3级为一般普通专利等，否则无法体现专利的真实水平和内涵，也不利于提高大家的积极性和创新意识。对于不同等级的专利应用有不同的保护时限和保护强度。建议考虑设立专门的专利奖励基金，对于有重大国际影响和贡献的专利应给于适当奖励，间接树立科技人员的创新欲望和信心。

5展望

GMOCompass数据统计结果显示，截至2013年全球种植转基因作物面积1.74亿hm2，近些年还在不断增长，美国种植面积达0.70亿hm2，巴西0.40亿hm2，阿根廷0.24亿hm2，中国仅420万hm2，我国转基因作物种植面积和品种远远低于其他农业出口大国。转基因大豆种植比率最高达全球大豆种植的79%，转油菜种植的24%，我国开发转基因棉花的种植占我国棉花种植面积的90%。

转基因作物在抗除草剂、抗病虫害、抗逆及品质改良方面都有较高的优势，提供优良的种质资源，良种对我国粮食增产的贡献率为40%，而美国在20世纪就达60%[33]。基因功能验证、转基因方法开发等均是为培育良种服务的。为了解我国转基因技术的发展及成就，能够及时把握技术信息、掌控时代发展命脉，有建设性地引导我国植物转基因技术及其转化产品的产业化的稳步前进，是我国科技工作者所追求的主要目标。

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